Файл: Энергосберегающая система технического водоснабжения промпредприятия.docx
Добавлен: 03.12.2023
Просмотров: 122
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
5.2.Расчет разделительного теплообменника
Для принятой скорости воды в межтрубном пространстве wмт =2,5 м/с оценим площадь проходного сечения межтрубного пространства, м2:
fмт = Vмт / wмт.
fМТ=0,005/2,5=0,0021 м2.
Vмт=Vрт=0,005 м3/с.
По полученному значению fМТ=0,0021 м2 выбираем типоразмер подогревателя 4-76*4000-P [1].
Таблица 3
Основные параметры водоводяного секционного подогревателя 4-76*4000-Р
Скорость воды в трубках и между трубками, м3/с:
Vт=Vгв=0,005 м3/с;
wт = Vт / fт.
wмт = Vмт / fмт.
wт = 0,005 / 0,00108= 4,49 м/с.
wмт = 0,005 / 0,00233 = 2,31 м/с.
Эквивалентный диаметр межтрубного пространства, мм:
dэ = (D2в – nт
d2н)/(Dв + nт dн).
Средняя температура воды в трубках и между трубками, °C:
T=0,5(t´T +t"T).
MT=0,5(t´
MT +t"MT).
t´T=tпт =35 °C;
t"T=tгв=55 °C;
t´MT=tо=60°C;
t"MT=tрт=42°C;
T=0,5(35+55)=45°C;
MT =0,5(60+35)=47,5 °C.
Коэффициенты теплоотдачи на поверхностях стенок в трубном и межтрубном пространстве, Вт/(м2·К):
αт = (1630 + 21
– 0,041 2) (w0,8т / d0,2в ).
αмт = (1630 + 21∙
– 0,041 2)∙(w0,8мт / d0,2э ).
αт = (1630+21·44 – 0,041·442)(1,790,8 / 0,0140,2)=19489,13 Вт/(м2·К).
αмт=(1630+21·50 – 0,041·502)(1,80,8/0,0130,2)=11565,24 Вт/(м2·К).
Коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К):
k = β (1/αмт + δ/λм + 1/αт)-1,
где β – коэффициент, учитывающий снижение коэффициента теплопередачи из-за наличия накипи и загрязнения поверхности трубок, принимается β = 0,8;
δ – толщина стенки трубки, δ = 0,5(dН – dВ)
λМ – теплопроводность материала стенок трубок, для латуни принимается λМ = 105 Вт/(м·К).
к=0,8 ((1/21184,73)+(0,001/105)+(1/19489,13))-1=5431 Вт/м2 К.
Средний температурный напор, °C:
.
где ∆tб , ∆tм –большая и меньшая крайние разности температур между теплоносителями при противоточной схеме их движения, °С.
Δtб =42-35=7°C;
Δtм=60-55=5 °C;
∆t¯=(7-5)/(ln 7/5)=5,9 оС.
Площадь поверхности нагрева подогревателя, м2:
.
F=(400 1000)/(5431 5,9)=12,39 м2.
Число секций подогревателя, шт.:
.
≈9 шт.
6.Расчет и подбор градирен
Задачей расчета является определение площади фронтального сечения вентиляторной градирни, выбор ее конструкции и количества секций, расчет количества градирен.
Параметры для расчета:
1.Город, для которого проектируется система водоснабжения - Москва.
2.Температура охлажденной оборотной воды tОХ=20 °С.
3.Температура тепловой оборотной воды tНП=38 °С.
4.Расход оборотной воды на градирни VГ=0,033 м3/с.
Таблица 3.
Параметры атмосферного воздуха [1].
Средняя температура воздуха для наиболее жарких суток в городе Москва, °C:
tр = tж+0,25tмакс ,
где tж –среднемесячная температура воздуха в самый жаркий месяц (tж =19,3°C);
tмакс –средняя максимальная температура в самый жаркий месяц (
tмакс =21,6°C);
tр =19,3+0,25·21,6=24,7 °С.
С помощью H-d-диаграммы влажного воздуха по температуре tж и относительной влажности φж определим влагосодержание воздуха dж. Состояние воздуха для наиболее жарких суток находим по температуре tр и полученному значению dж. Для этого состояния воздуха определим температуру смоченного термометра tм , которая является теоретическим пределом охлаждения воды в градирне.
dж=8,7 г/кг;
tм=16,6 °С.
Коэффициент эффективности градирни:
.
ηг=(38-20)/(38-16,6)=0,84.
Для вентиляторных градирен ηг=0,75…0,85.
Удельная тепловая нагрузка на единицу площади фронтального сечения градирни, кВт/м2:
qF = gFc( tНП-tОХ ),
где gF – удельная гидравлическая нагрузка, отнесенная к площади фронтального сечения градирни, для вентиляторных градирен в номинальном режиме работы gF =1,5…2,8 кг /(м2с).
qF =2,5·4,19·(38-20)=188,55 кВт/м2.
Тепловой поток, отводимый от воды в градирне, кВт:
QГ =VГ cρ( tНП-tОХ ).
QГ =0,033·4,19·1000·(38-20)=2452,89 кВт.
Необходимая суммарная площадь фронтального сечения градирни, м2:
∑Fф=Qг/qF.
∑Fф=2452,89/188,55=13 м2.
По полученному значению ∑Fф выбираем вентиляторную градирню [1].
Таблица 5
Характеристика вентиляторной градирни
Рассчитаем число градирен, шт.:
nг=∑Fф/Fф.
nг=13/16=1,06≈0,81 шт.
Удельная гидравлическая нагрузка выбранных градирен в расчетном режиме, кг/(м2·с): gг=(Vгρ)/( nг∙Fф).
gF=(0,033∙1000)/(0,81∙16)=2,5 кг/м2·с.
Полученное значение сравним со значением удельной гидравлической нагрузки выбранной градирни в номинальном режиме:
gF=Gг/ Fф.
gF=44,4/16=2,775 кг/м2·с.
7.Расчет диаметров трубопроводов и подбор насосов
Задачей расчета является определение диаметров и выбор по сортаменту всех трубопроводов воды, как внутренних, так и внешних, соединяющих теплонасосную установку и градирни с потребителями, а также подбор насосов Н1…Н4 и насосов байпасной линий Н5, Н6. При подборе насосов полагается, что длина внутренних трубопроводов пренебрежимо мала по сравнению с длиной внешних трубопроводов, а напор, развиваемый насосами, определяется снижением напора во внешних трубопроводах и требуемым напором у потребителя.
7.1.Подбор группы насосов Н1
Исходные данные и параметры для расчета:
1.Объемный расход воды по участкам Vпк =0,022 м3/с=77,78 м3/ч.
2.Расстояние до потребителей l, принимается l=50…100 м.
3.Требуемый напор у потребителя НТР=15..20 м вод.ст .- для систем низкотемпературного отопления и вентиляции.
4.Скорости воды: во всасывающем трубопроводе wвс=1…1,5м/с, в нагнетательном wнаг=1,5…2,5 м/с.
Для каждого участка трубопровода оценим внутренний диаметр, м:
.
м.
м.
Полученные внутренние диаметры труб округляем до ближайшего стандартного размера [1].
Таблица 5.
Характеристики стальных бесшовных труб (материал Ст.3 сп)[1].
Для принятой скорости воды в межтрубном пространстве wмт =2,5 м/с оценим площадь проходного сечения межтрубного пространства, м2:
fмт = Vмт / wмт.
fМТ=0,005/2,5=0,0021 м2.
Vмт=Vрт=0,005 м3/с.
По полученному значению fМТ=0,0021 м2 выбираем типоразмер подогревателя 4-76*4000-P [1].
Таблица 3
Основные параметры водоводяного секционного подогревателя 4-76*4000-Р
| Внутреннй диаметр корпуса DВ, мм | Число трубок nТ | Площадь поверхности нагрева FС, м2 | Площадь проходного сечения, м2 | |
| трубок fТ | межтрубного пространства, fМТ | |||
| 69 | 7 | 1,31 | 0,00108 | 0,00233 |
Скорость воды в трубках и между трубками, м3/с:
Vт=Vгв=0,005 м3/с;
wт = Vт / fт.
wмт = Vмт / fмт.
wт = 0,005 / 0,00108= 4,49 м/с.
wмт = 0,005 / 0,00233 = 2,31 м/с.
Эквивалентный диаметр межтрубного пространства, мм:
dэ = (D2в – nт
d2н)/(Dв + nт dн). Средняя температура воды в трубках и между трубками, °C:
T=0,5(t´T +t"T). MT=0,5(t´
MT +t"MT).
t´T=tпт =35 °C;
t"T=tгв=55 °C;
t´MT=tо=60°C;
t"MT=tрт=42°C;
T=0,5(35+55)=45°C; MT =0,5(60+35)=47,5 °C.Коэффициенты теплоотдачи на поверхностях стенок в трубном и межтрубном пространстве, Вт/(м2·К):
αт = (1630 + 21
– 0,041 2) (w0,8т / d0,2в ).αмт = (1630 + 21∙
– 0,041 2)∙(w0,8мт / d0,2э ).αт = (1630+21·44 – 0,041·442)(1,790,8 / 0,0140,2)=19489,13 Вт/(м2·К).
αмт=(1630+21·50 – 0,041·502)(1,80,8/0,0130,2)=11565,24 Вт/(м2·К).
Коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К):
k = β
(1/αмт + δ/λм + 1/αт)-1, где β – коэффициент, учитывающий снижение коэффициента теплопередачи из-за наличия накипи и загрязнения поверхности трубок, принимается β = 0,8;
δ – толщина стенки трубки, δ = 0,5(dН – dВ)
λМ – теплопроводность материала стенок трубок, для латуни принимается λМ = 105 Вт/(м·К).
к=0,8
((1/21184,73)+(0,001/105)+(1/19489,13))-1=5431 Вт/м2 К.Средний температурный напор, °C:
.
где ∆tб , ∆tм –большая и меньшая крайние разности температур между теплоносителями при противоточной схеме их движения, °С.
Δtб =42-35=7°C;
Δtм=60-55=5 °C;
∆t¯=(7-5)/(ln 7/5)=5,9 оС.
Площадь поверхности нагрева подогревателя, м2:
.F=(400
1000)/(5431 5,9)=12,39 м2.Число секций подогревателя, шт.:
. ≈9 шт.6.Расчет и подбор градирен
Задачей расчета является определение площади фронтального сечения вентиляторной градирни, выбор ее конструкции и количества секций, расчет количества градирен.
Параметры для расчета:
1.Город, для которого проектируется система водоснабжения - Москва.
2.Температура охлажденной оборотной воды tОХ=20 °С.
3.Температура тепловой оборотной воды tНП=38 °С.
4.Расход оборотной воды на градирни VГ=0,033 м3/с.
Таблица 3.
Параметры атмосферного воздуха [1].
| Город | Температура в самый жаркий месяц, °С | Относительная влажность в самый жаркий месяц, φж ,% | Продолжительность отопительного периода τ3, сут. | |
| среднеме-сячная tж | средняя максимальная tмакс | |||
| Москва | 19,3 | 21,6 | 54 | 205 |
Средняя температура воздуха для наиболее жарких суток в городе Москва, °C:
tр = tж+0,25tмакс ,
где tж –среднемесячная температура воздуха в самый жаркий месяц (tж =19,3°C);
tмакс –средняя максимальная температура в самый жаркий месяц (
tмакс =21,6°C);
tр =19,3+0,25·21,6=24,7 °С.
С помощью H-d-диаграммы влажного воздуха по температуре tж и относительной влажности φж определим влагосодержание воздуха dж. Состояние воздуха для наиболее жарких суток находим по температуре tр и полученному значению dж. Для этого состояния воздуха определим температуру смоченного термометра tм , которая является теоретическим пределом охлаждения воды в градирне.
dж=8,7 г/кг;
tм=16,6 °С.
Коэффициент эффективности градирни:
.ηг=(38-20)/(38-16,6)=0,84.
Для вентиляторных градирен ηг=0,75…0,85.
Удельная тепловая нагрузка на единицу площади фронтального сечения градирни, кВт/м2:
qF = gFc( tНП-tОХ ),
где gF – удельная гидравлическая нагрузка, отнесенная к площади фронтального сечения градирни, для вентиляторных градирен в номинальном режиме работы gF =1,5…2,8 кг /(м2с).
qF =2,5·4,19·(38-20)=188,55 кВт/м2.
Тепловой поток, отводимый от воды в градирне, кВт:
QГ =VГ cρ( tНП-tОХ ).
QГ =0,033·4,19·1000·(38-20)=2452,89 кВт.
Необходимая суммарная площадь фронтального сечения градирни, м2:
∑Fф=Qг/qF.
∑Fф=2452,89/188,55=13 м2.
По полученному значению ∑Fф выбираем вентиляторную градирню [1].
Таблица 5
Характеристика вентиляторной градирни
| Конструк-ция | Марка, Количест-во секций | Расположение вентилятора | Фронтальное Сечение FФ ,м2 | Расход Воды GГ, кг/с | Высо- та, м |
| секционная | 2 | нижнее | 16 | 44,4 | 6,8 |
Рассчитаем число градирен, шт.:
nг=∑Fф/Fф.
nг=13/16=1,06≈0,81 шт.
Удельная гидравлическая нагрузка выбранных градирен в расчетном режиме, кг/(м2·с): gг=(Vгρ)/( nг∙Fф).
gF=(0,033∙1000)/(0,81∙16)=2,5 кг/м2·с.
Полученное значение сравним со значением удельной гидравлической нагрузки выбранной градирни в номинальном режиме:
gF=Gг/ Fф.
gF=44,4/16=2,775 кг/м2·с.
7.Расчет диаметров трубопроводов и подбор насосов
Задачей расчета является определение диаметров и выбор по сортаменту всех трубопроводов воды, как внутренних, так и внешних, соединяющих теплонасосную установку и градирни с потребителями, а также подбор насосов Н1…Н4 и насосов байпасной линий Н5, Н6. При подборе насосов полагается, что длина внутренних трубопроводов пренебрежимо мала по сравнению с длиной внешних трубопроводов, а напор, развиваемый насосами, определяется снижением напора во внешних трубопроводах и требуемым напором у потребителя.
7.1.Подбор группы насосов Н1
Исходные данные и параметры для расчета:
1.Объемный расход воды по участкам Vпк =0,022 м3/с=77,78 м3/ч.
2.Расстояние до потребителей l, принимается l=50…100 м.
3.Требуемый напор у потребителя НТР=15..20 м вод.ст .- для систем низкотемпературного отопления и вентиляции.
4.Скорости воды: во всасывающем трубопроводе wвс=1…1,5м/с, в нагнетательном wнаг=1,5…2,5 м/с.
Для каждого участка трубопровода оценим внутренний диаметр, м:
. м. м.Полученные внутренние диаметры труб округляем до ближайшего стандартного размера [1].
Таблица 5.
Характеристики стальных бесшовных труб (материал Ст.3 сп)[1].
| Условный проход dу , мм | Наружный диаметр dН , мм | Номинальный внутренний диаметр dВ , мм | Площадь сечения по внутреннему диаметру f, м2 | ||
| 150 | 159 | 150 | 0,0177 | ||
| 100 | 108 | 100 | 0,00785 | ||